Автоматика и электричество

Слово автомат произошло от древнегреческого слова, означавшего — самодействующий. Автомат как некое устройство предполагает действие без участия человека. Одними из первых автоматов, изобретённых около 20 тысяч лет назад, можно считать капкан и петлю-самолов, привязанную к изогнутому дереву — устройства срабатывали в случае появления в их активной области инородного тела.

Во II веке до н. э. древнегреческий инженер Герон Александрийский в своей книге «Театр автоматов» описал изобретённые им самодействующие куклы и фонтаны. Архимед сконструировал «небесный глобус» — автоматический планетарий, демонстрировавший все видимые движения небесных тел. «По волшебству» сами открывались двери в храмах, работали автоматы по продаже святой воды.

Но кроме кукол, Герон сделал масляную лампу с автоматической подачей фитиля. А в Александрии механик Ктезибий придумал водяные часы, в которых водопадик через систему зубчатых колес приводил в движение стрелки. Это были первые прагматически ориентированные автоматы.

В средние века получила развитие «андроидная» автоматика — создание движущихся фигур (кукол), подражающих движениям человека, как сегодня на эстраде артисты подражают движениям роботов андроидов. Практические же приложения были не востребованы.

Лишь с началом развития в XVII—XVIII веках фабричной машинной техники — это были ткацкие, прядильные, лесопильные станки, работающие от ветряных и водяных двигателей — появились и первые автоматические устройства. Они позволяли облегчить управление техникой и поднять производительность работника — и это было одной из характерных тенденций начавшейся промышленной революции.

Особенно такое изменение образа мышления проявилось с изобретением паровой машины и агрегатов на её основе.

В 1765 г. горнозаводский механик И. И. Ползунов сконструировал поплавковый автомат поддержания уровня воды в паровом котле. В 1784 Дж. Уатт изобрел центробежный регулятор скорости вращения паровой машины. Француз Жаккар в 1808 г. разработал систему программного управления ткацким станком. В ХIХ веке появились регуляторы для паровых турбин, котлов, гидротурбин, причем они изменяли не только скорость, но и температуру, давление, расход воды и пара — так рождалась новая техническая дисциплина.

Но есть мнение, что родоначальником промышленной автоматики является английский мальчик Хэмфри Поттер, который в 1760 г. работал учеником оператора пароатмосферной машины — насоса. Он должен был монотонно поочерёдно открывать два клапана насоса в то время как его сверстники гоняли футбол. Х.Поттер связал ручки кранов и шток с помощью веревочки и палочки — теперь кранами управлял сам поршень (подробнее см. статью на нашем сайте и в № 24 электронной версии газеты).

Электротехника открывает новый этап развития автоматики.

В 1830—1832 гг. П. Л. Шиллинг изобрел электромеханическое реле и телеграфный аппарат. В 1841 г. Якоби и Ленц построили первый регулятор напряжения на основе реостата. Автоматы для дуговой лампы, которые подвигали выгорающие стержни навстречу друг другу, разработали В. П. Шпаковский — на основе часового механизма в 1850 г. и В. Н. Чиколев в 1869 — дифференциальный (на принципе отклонения от заданной величины). В 1854 г. К. И. Константинов предложил электромагнитный регулятор скорости вращения паровой машины.

Разумеется, электрические автоматы использовали и военные. В 1877 г. морской инженер А. П. Давыдов создал автоматическую систему управления артиллерийским огнем плавучей броненосной батареи «Не тронь меня».

Как и в случае с самой электротехникой, практика электроавтоматики намного опережала своё теоретическое обоснование. При этом регуляторы, сконструированные практиками, исправно действовали, а устройства, которые по расчетам создателей должны были быть очень точными, вообще переставали работать.

Нужна была новая наука — сегодня она называется теорией автоматического управления, регулирования (ТАР).

Дж. К. Максвелл в статье «О регуляторах» (1868 г.) и И. А. Вышнеградский в труде «О регуляторах прямого действия» (1876 г.), положивших начало ТАР, показали, что при проектировании автоматических систем необходимо руководствоваться не только статическими расчетами, но и рассчитывать поведение системы в динамике, что с увеличением точности снижается устойчивость системы. В 1892 г. вышла классическая работа А. И. Ляпунова «Общая задача об устойчивости движения». В стадии становления ТАР опиралась в основном на теоретическую механику и электротехнику.

В 1930 г. на Второй Мировой энергетической конференции в Берлине автоматика получила признание как самостоятельная область науки и техники, в эти годы появились учебные пособия по автоматическому регулированию в энергетике.

Особенно бурно стала развиваться теория и практика электроавтоматики, электронной автоматики, радиотехнических автоматических систем с 40 х г. г.ХХ века — создаются радиолокационные системы, автопилоты, беспилотные самолеты-снаряды и т. д.

Общие идеи ТАР оказались настолько плодотворными, что их стали применять повсюду — в управлении производственными процессами, энергетическими системами, транспортными объектами, для автоматизации инженерных расчетов при проектировании и даже в управленческой деятельности.

В СССР в 1930 г. был организован комитет для руководства работами по автоматизации в энергетике, создан Московский энергетический институт и основан Энергетический институт АН СССР, имеющие соответствующую специализацию, в 1935 г. в системе АН СССР стала работать Комиссия телемеханики и автоматики, которая занималась координацией НИР в этой области. В 1928—1941 гг. созданы первые заводы по производству приборов и аппаратуры автоматики.

Сегодня автоматизация — одно из направлений научно-технического прогресса. И хотя со времён петель-самоловов её оснащение заметно улучшилось, суть осталась та же: освободить человека от участия в в трудоёмких процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации.